数控机床电气及plc控制技术-张华宇-谢凤芹编著 PPT课件

可编程逻辑控制器基础知识 可编程逻辑控制器概述可编程控制器的组成和工作原理可编程序控制器的编程语言FX系列可编程序控制器梯形图中的编程元件FX系列可编程序控制器的基本逻辑指令 1 可编程逻辑控制器基础知识1 PLC的定义PLC的发展历史PLC的特点PLC的应用领域PLC的发展趋势PLC和微机 接触控制比较 2 可编程控制器定义 可编程序控制器是一种以微处理器为核心的电子系统 它是在继电器控制和计算机控制的基础上发展而来的一种新型工业自动控制装置 3 可编程控制器定义续 1985年1月 国际电工委员会 IEC 的可对可编程控制器作了如下定义 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用可编程的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字式 模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 可编程控制器及其有关设备 都应按易于使工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的原则设计 4 可编程控制器的定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为工业环境下设计 它采用可编程控制器的存贮器 用来在其内部存贮执行逻辑运算等操作指令 并通过数字式 模拟式输入和输出控制各种类型的机械或生产过程 5 可编程序控制器的历史 1968年 美国最大的汽车制造厂家 通用汽车公司 GM 提出了研制PLC的基本设想 能用于工业现场 能改变其控制 逻辑 而不需要变动组成它的元件和修改内部接线 出现故障时易于诊断和维修 1969年 美国数字设备化司 DEC 研制出了世界上第一台可编程控制器 70年代 出现了使用微处理器并具有编程语言的PLC 6 可编程逻辑控制器的生产厂家 在全世界有7家举足轻重的PLC制造厂家 美国的Rockwell自动化公司所属的A B Allen Bradley 公司GE Fanuc公司德国的西门子 Siemens 公司美国的Modicon公司法国TE Telemecanique 公司日本三菱公司日本立石 OMRON 公司 7 我国PLC的生产厂家 我国的PLC生产目前也有一定的发展 小型PLC已批量生产 中型PLC已有产品 大型PLC已开始研制 国内PLC形成产品化的生产企业约30多家 国内产品市场占有率不超过10 主要生产单位有 苏州电子计算机厂 苏州机床电器厂 上海兰星电气有限公司 天津市自动化仪表厂等 国内产品在价格上占有明显的优势 8 世界最大的PLC生产厂家 在全球PLC制造商中 根据美国AutomationResearchCorp ARC 调查 世界PLC领导厂家的五霸分别为西门子公司 A B公司 施耐德公司 三菱公司和欧姆龙公司 他们的销售额约占全球总销售额的三分之二 9 10 11 12 PLC的特点 配套齐全 功能完善 通用性强可靠性高 抗干扰能力强编程方法简单易学使用简单 调试维修方便体积小 重量轻 功耗低 13 配套齐全 功能完善 通用性强 PLC发展到今天 已经形成了大 中 小各种规模的系列化产品 可以用于各种规模的工业控制场合 要改变控制功能只需改变程序即可 具有较强的通用性 现代PLC除了逻辑处理功能外 大多具有数据处理能力 可用于各种数字控制领域 近年来 随着PLC多种智能模块的出现 使PLC渗透到了位置控制 温度控制 CNC控制等各种工业控制中 加上PLC通讯能力的增强及人机界面技术的发展 使用PLC组成各种控制系统变得非常容易 14 PLC的应用领域 开关量控制模拟量控制运动控制过程控制数据处理通信联网 15 运动控制 早期PLC的运动控制直接用开关量I O模块连接位置传感器和执行机构 现在一般使用专用的运动控制模块 如驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块 16 过程控制 PLC的过程控制是指对温度 压力和流量等模拟量的闭环控制 PID控制 17 PLC的发展趋势 向两极化 大型化和小型化 方向发展编程语言和编程工具向标准化和多样化发展I O组件标准化 功能组件智能化通讯网络化向大记忆容量 快处理速度发展发展故障诊断技术和容错技术 18 大型化和小型化 三菱公司推出12点的PLC产品 立石公司推出的C20 C40H C60P等小型PLC产品GOLD公司的584L PC的I O点多达8192个 莫迪康公司的984 785型的PLC的最大I O点数已达到16384点 19 向大记忆容量 快处理速度发展 记忆容量由过去的64K 已增加到500K以上 如Triconxw公司的Faulttolerant型机记忆容量为512K InteractiveMicroware公司的MFC03型记忆容量为848K ASEA公司的Terpiece200 1型机记忆容量到4MB记忆芯片过去主要是随机存取存储器 RAM 可擦写可编程只读存储器 EPROM 今后主要是电可擦写可编程只读存储器 EEPROM UVEPROM BATRAM NVRWM等 20 发展故障诊断技术和容错技术 故障智能诊断方法 智能可编程I O系统 供用户了解IO组件的状态和监测系统的故障 故障监测程序 共回路远程诊断和网络诊断技术等 容错功能 如双机热备 自动切换I O 双机表决 当输出状态与PLC逻辑状态相比较出错时 会自动断开该输出 和I O三重表决 当输出状态进行软件硬件表决 取2个相同的 21 可编程控制器与微机的区别 学习难易程度不同PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯 对于有继电器控制经验的人 学习起来容易 微机需要更多的知识储备 通用性不同PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产 各厂家的产品不通用 微机是由通用计算机推广应用发展起来的 标准化程序高 兼容性强 运行方式不同PLC不能直接使用微机的许多软件 PLC一般具有模块结构 可针对不同对象进行组合和扩展 微机可使用通用微机的各种编程语言 对要求快速 实时性强 模型复杂的工业对象的控制占有优势 但它要求使用者具有一定计算机专业知识 相同点 PLC和微机都是专为工业现场应用环境而设计的 都具有很高的可靠性 22 可编程控制与继电接触器控制的区别 控制逻辑不同PLC为 软接线 技术 继电接触为硬接线逻辑 控制逻辑方面PLC 同一个器件的线圈和它的各触点动作不同时发生 继电接触 同一继电器的所有触点与线圈通电或断电同时发生 控制速度PLC 速度极快 继电接触 速度慢 定时 计数PLC定时精度高 范围大 有计数功能 继电接触 定时精度不高 范围小 无计数功能 23 可编程控制与继电接触器控制的区别续 设计与施工PLC 现场施工与程序设计同步进行 周期短 调试和维修方便 继电接触 设计 现场施工 调试必须依次进行 周期长 而且修改困难可靠性和维护性PLC连线少 使用方便 并具有自诊断作用等价格PLC 贵 长远利益 继电接触 便宜 短期利益 24 可编程控制器基础知识2 1 可编程控制器的组成和工作原理2 FX系列型号名称的含义3 编程器与外部设备 25 可编程逻辑控制器的组成 一般由CPU模块 输入模块 输出模块和其他可选部件 或扩展单元 组成开关量I O模块的外部接线方式模拟量输入模块输出模块 26 CPU模块 主要包括微处理器 CPU芯片 和存储器两部分 27 I 0模块 使过程状态和参数输入到PLC的通道以及实时控制信号输出的通道1类是从按钮 选择开关 数字拨码开关 限位开关 接近开关 光电开关 压力继电器等输入的开关量信号另一类是由电位器 热电偶 测速电机和各种变送器等输入的连续变化的模拟量信号I O模块中包含由光电耦合器 光电可控硅 小型继电器等器件组成的滤波电路 耦合电路或电平转换电路等 28 开关量I O模块的外部接线方式 开关量I O模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态 电压等级有直流5V 12V 24V 48V等 交流有110V 220V开关量I O模块的点数一般是2的n次方 I O模块的外接线方式有汇点式 分组式和分隔式三种 29 I O模块的外接方式 30 输入模块1 31 输入模块2 32 输出模块 输出模块根据功率放大元件主要分为 驱动直流负载的大功率晶体管和场效应管 驱动交流负载的双向可控硅 以及可驱动交流负载又可驱动直流负载的小型继电器 输出电流的额定值与负载的性质 温度有关 继电器输出电路 晶体管集电极输出电路 双向可控硅输出电路 33 继电器输出电路 34 晶体管集电极输出电路 35 双向可控硅输出电路 36 可编程控制器的工作原理 37 PLC的工作原理 M100 Y430 输出刷新阶段 用户程序执行阶段 输入采样阶段 输入端子 输入映象寄存器 元件映象寄存器 输出锁存器 输出端子 扫描周期 X4 读出 Y430 写入 读出 38 FX系列型号名称的含义 39 编程器与外部设备 编程器的作用 专用编程器个人计算机程序开发系统数据存取单元其他外部设备 40 编程器的作用 用来生成用户程序 并对它进行编辑 检查和修改 将用户程序写入EPROM EEPROM 磁带或磁盘中 驱动打印机打印出顺序功能图 梯形图程序或指令个程序 监视系统运行的情况 41 专用编程器 简易编程器 只能输入和编辑指令表程序 图形编程器 可直接生成和编辑梯形图程序 42 个人计算机程序开发系统 编程软件文件编制软件数据采集和分析软件实时操作接口软件仿真软件其他软件 43 数据存取单元 FX 20DU E数据存取单元使用带背景光的蓝色液晶显示器 画面正常时为绿底黑字 警报状态为红底黑字 44 其他外部设备 人 机接口装置外存储器打印机EPROM写入器 45 可编程序控制器基础知识3 可编程序控制器编程语言的国际标准梯形图的主要特点 46 可编程序控制器编程的国际标准 IEC1131 3规定了可编程序控制器的编程语言共有5种语言 顺序功能图 Sequentialfunctionchart 梯形图 Ladderdiagram 功能块图 Functionblockdiagram 指令表 Instructionlist 结构文本 Structuredtext 47 顺序功能图 SFC 48 梯形图 LD 梯形图与继电器控制系统的电路图很相似 一般有线圈 常开触点 常闭触点 还有其他功能块 梯形图称为电路或程序 设计梯形图叫编程 49 功能块图 fbd 类似数字逻辑电路的编程语言 即用类似与门 或门的方框来表不逻辑运算关系等 50 指令表 IL 由若干条指令组成的程序叫做指令表程序 51 结构文本 Pascal Basic c等高级编程语言结构文本是为IEC1131 3标准创建一种专用高级编程语言 用结构文本有两个优点 能实现复杂的数学运算 其二是非常简洁和紧凑 52 梯形图的主要特点 PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称 但不是真实的继电器 梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线 能流只能从左到右 梯形图的逻辑运算 根据梯形图各触点的状态和逻辑关系 求出与图中各线圈对应的编程元件的ON OFF状态 逻辑运算是从左到右 从上到下进行的 梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点可以无限多次的使用 53 可编程逻辑控制器基础知识4 FX系列可编程序控制器梯形图中的编程元件 54 FX系列可编程序控制器的编程元件 FX系列可编程序控制器的性能指标与编程元件输入继电器 X 输出继电器 Y 辅助继电器 M 状态 S 定时器 T 计数器 C 数据寄存器 D 指针P I 55 FX系列可编程序控制器的性能指标 表3 3 56 输入继电器 X 输入继电器用八进制数表示 输入继电器是可编程序控制器接收外部输入的开关量信号窗口 在梯形图中可以外接常开触点或常闭触点 也可以接多个触点组成的串并联电路在梯形图中可以多次使用输入继电器的常开触点和常闭触点 例子 57 输入和输出继电器例子 58 输出继电器 是PLC向外部负载发送信号的窗口 输出继电器用来将PLC的输出信号传送给输出模块 再由后者驱动外部负载 在梯形图中 每一个输出继电器常开和常闭触点可多次使用 例子 59 辅助继电器 M 辅助继电器是用软件实现 不能接收外部的输入信号 也不能直接驱动外部负载 通用辅助继电器M0 M499断电保持辅助继电器M500 M3071特殊辅助继电器M8000 M 60 通用辅助继电器M0 M499 共500点可用软件设定为断电保持辅助继电器 61 断电保持辅助继电器M500 M3071 电源中断时 中断瞬时的状态 可在重新通电后的第一个扫描周期再现其状态 其中M500 M1023可用软件设定为非断电保持辅助继电器 使用举例 62 特殊辅助继电器M8000 M 共有256点用来表示PLC的某些状态 提供时钟脉冲 标志 如进位 借位标志 设定PLC的运行方式 或者用于步进顺控 禁止中断 设定计数器是加计数或是减计数等 分为触点利用型和线圈驱动型 63 触点利用型和线圈驱动型 如M8000 运行监视 M8002 初始化脉冲 M8005 锂电池电压降低 线圈驱动型如 M8030线圈通电时 PLC由RUN进入STOP状态时 映像寄器与数据寄存器中的内容保持不变 M9034 禁止输出 64 状态 S 用于编制顺序控制程序的一种编程元件 一般与步进梯形指令STL一起使用 通用状态 S0 S499 没有断电保持功能 但可用程序设定有断电保持功能 65 定时器 T 包括设定值寄存器 当前值寄存器和一个用来储存其输出触点状态的映像寄存器 分为通用定时器 T0 T245 和积算定时器 T246 T255 T0 T199为100ms定时器 定时范围为0 1 3276 7s T192 T199为了程序和中断服务程序专用的定时器 T200 T245为10ms定时器 定时范围为0 01 327 67s 例子 66 定时器例子 67 计数器 C 分为内部计数器和高速计数器 内部计数器对plc的内部信号X Y M S等计数 内部计数器分16位计数器 C0 C99为通用型 C100 C199为断电保持型 和32位加 减计数器 C200 C219为通用型 C220 C234为断电保持型 32位加 减计数器的加 减计数方式由特殊辅助继电器M8200 M8234设定 对应的特殊辅助继电器为ON时 为减计数 反之为加计数 计数器的工作原理 68 计数器的工作原理 69 数据寄存器 D 数据寄存器D在模拟量检测与控制以及位置控制等场合用来储存数据和参数 数据寄存器为16位 可双字节 通用数据寄存器D0 D199 M8033ON时 有断电保持功能 断电保持数据寄存器D200 D7999 其中D200 D511有断电保持功能 利用外部设备的参数设定 可改变其与通用数据寄存器的分配 D490 D509供通信用 D512 D7999的断电保持功能不能用软件改变 可用RST和ZRST指令清除内容 特殊数据寄存器D8000 D8255用来监控PLC的运行状态 如电池电压 扫描时间等 变址寄存器V0 V7和Z0 Z7的内容用来改变编程元件的元件号 70 指针P I1 包括分支指针P0 P127和15点中断用指针 分支指针P0 P127用来指示跳转指令 CJ 的跳步目标和子程序调用指令 CALL 调用的了程序的入口地址 执行到子程序中的SRET时返回主程序 71 指针P I2 中断用指针用来指明某一中断源的中断程序入口标号 执行到IRET指令时返回主程序 定时器中断使PLC以指定的周期定时执行中断子程序 定时循环处理某些任务 处理的时间不受PLC扫描周期的限制 计数器中断用于PLC内置的高速计数器 根据高速计数器的计数当前值与计数设定值的关系来确定是否执行相应的中断服务程序 72 可编程序控制器基础知识5 FX系列可编程序控制器的基本逻辑指令 73 FX系列可编程序控制器的基本逻辑指令 FX系列PLC共有27条基本逻辑指令 一百多条功能指令 LD LDI OUT指令AND与ANI指令OR与ORI指令LDP LDF ANDP ANDF ORP和ORF指令ORB指令ANB指令栈存储器与多重输出指令主控与主控复位指令MC MCR取反指令PLS与PLF指令SET与RST指令NOP与END指令编程注意事项 74 L